1、正版可修改PPT課件(中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)第四章教學(xué)課件第四章 直流穩(wěn)壓電源第一節(jié) 二極管整流電路第二節(jié) 電容濾波電路第三節(jié) 穩(wěn)壓電路第一節(jié) 二極管整流電路一、直流穩(wěn)壓電源的組成圖4-1為直流穩(wěn)壓電源的基本組成框圖。它由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。(1)變壓器 將市電網(wǎng)提供的較高電壓的工頻正弦交流電轉(zhuǎn)換為符合用電設(shè)備需要的較低電壓的交流電。(2)整流電路 利用具有單向?qū)щ娞匦缘陌雽?dǎo)體器件，將變壓器次級(jí)輸出的正弦交流電轉(zhuǎn)換為單向的包含交流和直流成分的脈動(dòng)直流電。(3)濾波電路利用電容或電感等電抗元件的儲(chǔ)能特性，起到濾除大部分交流成分、輸出較平滑直流電的作用。 下-頁(yè) 返回第一節(jié)

2、 二極管整流電路(4)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路是直流穩(wěn)壓電源中最重要的組成部分，它可由穩(wěn)壓管或其他能夠穩(wěn)定輸出電壓的電路構(gòu)成，在輸入電源電壓不穩(wěn)定或負(fù)載變化時(shí)起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。一、二極管整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程，稱為整流。常用的整流元件有晶體二極管、晶體閘流管、真空管和硒堆等。 1單相橋式整流電路(1)電路結(jié)構(gòu)與工作原理單相橋式整流電路的電源變壓器，其副邊不需中心抽頭，整流元件由四個(gè)二極管構(gòu)成橋式連接。上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第一節(jié) 二極管整流電路在整個(gè)周期內(nèi)，四個(gè)二極管分為兩組，VD1、VD3為一組，VD2、VD4為一組，輪流導(dǎo)通、截止，負(fù)載上得到單一方向的全波脈動(dòng)電壓和電流，其波形如圖4

3、-3所示。這種電路因整流元件接成橋形，故稱橋式整流電路。 (2)電路計(jì)算 由波形圖4-3可見(jiàn)，負(fù)載上電壓、電流和二極管中的電流，二極管所承受的最大反向電壓，即上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第一節(jié) 二極管整流電路可見(jiàn)，在相同直流輸出電壓的情況下，橋式電路中，元件所承受的最大反向電壓僅為半波整流電路的一半。 (1)電路結(jié)構(gòu)與工作原理單相半波整流電路如圖4-4所示。圖中工為電源變壓器，它的作用是把交流電源的電壓u1變?yōu)檫m當(dāng)數(shù)值的電壓u2，VD為晶體二極管，RL為負(fù)載。盡管u2是交變的，但因二極管的單向?qū)щ娮饔?，使得?fù)載上的電流i和電壓u都是單一方向。這種電路，只有在u2的半個(gè)周期內(nèi)負(fù)載上才有電流，故稱為半波整

4、流電路。(2)電路計(jì)算 由于負(fù)載電壓半波脈動(dòng)，故在整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載電壓的平均值為上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第一節(jié) 二極管整流電路流經(jīng)負(fù)載的電流平均值為由于二極管與負(fù)載串聯(lián)，所以流經(jīng)二極管的電流平均值為二極管所承受的最大反向電壓就是u2的最大值，即在設(shè)計(jì)和選管時(shí)，應(yīng)選擇最大整流電流和最高反向工作電壓分別大于計(jì)算出的I和Uvm的二極管。上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第一節(jié) 二極管整流電路這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。但由于電路只有一半時(shí)間有輸出，所以直流輸出電壓低，脈動(dòng)大，整流效率低，故僅適用于對(duì)直流輸出電壓平滑程度要求不高的小功率整流。上-頁(yè) 返回第二節(jié) 電容濾波電路通過(guò)整流得到的直流電，雖然是單一方向，但脈動(dòng)很

5、大。這種直流電只能用在電鍍、電解等場(chǎng)合，因?yàn)檫@類負(fù)載對(duì)電源電壓的平滑程度要求不高。若在整流電路的后面加上濾波電路，通過(guò)濾波作用后，其輸出電壓就會(huì)平滑得多。下面介紹電容濾波電路的濾波電路。圖4-6是接有電容濾波器的單相半波整流電路，其中與負(fù)載并聯(lián)的電容器就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的濾波器。電容濾波器是根據(jù)電容器的充放電作用，即二極管導(dǎo)電時(shí)電容器C充電，二極管不導(dǎo)電時(shí)電容器C對(duì)負(fù)載電阻RL放電，從而使負(fù)載電流趨于平滑。下-頁(yè) 返回第二節(jié) 電容濾波電路在u2的正半周開(kāi)始時(shí)，輸入電壓上升，二極管VD導(dǎo)通，電源經(jīng)二極管向負(fù)載供電的同時(shí)向電容C充電，如圖4-6中實(shí)線箭頭所示。接有電容濾波器的橋式整流電路，濾波的原理和

6、半波整流時(shí)一樣，只是在電源的一個(gè)周期內(nèi)，電容器充電兩次，放電兩次，放電時(shí)間縮短了，輸出更加平穩(wěn)。當(dāng)電容C一定時(shí)，負(fù)載越大，放電越快，使電壓起伏越大，其平均值越小。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，電容C越大，放電越慢，濾波效果越好。為了得到比較平直的輸出電壓，一般要求上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第二節(jié) 電容濾波電路在已知電阻RL的情況下，便可估算出電容C。一般情況下，通常為幾百到幾千微法，輸出的直流電壓為由于濾波電容較大，因此需要采用電解電容器。使用電解電容器時(shí)要注意它的正、負(fù)極性，不能接錯(cuò)，否則，電容器會(huì)被擊穿。在電容濾波的整流電路中，二極管的導(dǎo)通時(shí)間短，且在此期間，電源通過(guò)二極管為負(fù)載提供電流的同時(shí)還要對(duì)電容器充電，

7、因此通過(guò)二極管的電流峰值必然很大產(chǎn)生電流沖擊。上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第二節(jié) 電容濾波電路 尤其在交流電源剛接通的瞬間，由于電容C初次充電，可能出現(xiàn)瞬間大電流，形成一個(gè)電流浪涌，因此，選用二極管時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)余量。由于電容濾波外特性差，且有電流沖擊，因此只適用于負(fù)載較小且基本不變的場(chǎng)合。上-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 1并聯(lián)型穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖4-15為常見(jiàn)的采用橋式整流、電容濾波和穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的直流穩(wěn)壓電路。前面已經(jīng)提到，輸入電壓不穩(wěn)定時(shí)，只要穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，利用其反向擊穿時(shí)電壓變化極小的特性，就會(huì)使輸出電壓得到穩(wěn)定。當(dāng)輸入交流電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，整流濾波電路的脈動(dòng)直

8、流輸出Ui會(huì)在某一范圍內(nèi)波動(dòng)。若Ui增大，會(huì)引起Uo增大，由于穩(wěn)壓管兩端微小的管壓降的變化會(huì)產(chǎn)生很大的電流變化，所以Ui的微小增大會(huì)使Iz有較大的增加，引起限流電阻中流過(guò)的電流IR增大，使限流電阻兩端電壓UR增大。下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路只要穩(wěn)壓管工作電流Iz有一個(gè)正常的允許變化范圍，負(fù)載電流的變化可以自動(dòng)通過(guò)穩(wěn)壓管電流IR的調(diào)整保持輸I電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路只適用于功率較小，負(fù)載電流較小，負(fù)載變化不大或要求不太高的場(chǎng)合。 2串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路圖4-17為串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。圖中三極管VT接成射極輸出器的形式，在輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)起到調(diào)整輸出電壓的作用，稱為調(diào)整管；運(yùn)放為比較放大

9、器；穩(wěn)壓管VZ為運(yùn)放提供基準(zhǔn)電壓Uz，電阻R3為其限流電阻；電阻R1、R2和Rw構(gòu)成采樣電路，從輸出電壓中分壓得到采樣電壓UF，送到運(yùn)放的反相輸入端與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路當(dāng)負(fù)載電阻值增大時(shí)，也會(huì)引起UO增大，通過(guò)采樣、比較、放大后也使基極電壓減小，使調(diào)整管的UCE增大，從而使Uo減小。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有輸出電壓的可調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)范圍取決于電阻R1、R2和Rw之間的比例關(guān)系及穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。由圖4-17可知當(dāng)電位器Rw的中間滑動(dòng)端移至最上端時(shí)，輸出電壓為最小值，即上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路當(dāng)電位器Rw的中間滑動(dòng)端移至最下端時(shí)，輸出電壓為最大值，即 二

10、、集成穩(wěn)壓電路隨著集成電路的發(fā)展，集成穩(wěn)壓電路也成為了廣泛使用的普及型產(chǎn)品，并具有使用簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜和穩(wěn)壓效果好等許多優(yōu)點(diǎn)。主要產(chǎn)品有W7800系列和W7900系列固定式三端穩(wěn)壓器，它們的內(nèi)部除了有調(diào)整管、采樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器等基本模塊外，還包括了防止損壞的保護(hù)電路等電路。第三節(jié) 穩(wěn)壓電路 1。固定式三端集成穩(wěn)壓器圖4-19為三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路。其中圖(a)為W7800系列產(chǎn)品組成的輸出正電壓的穩(wěn)壓電路，它的輸入端接整流濾波電路的輸出端。圖中Ci為輸入電容，用于抵消輸入端接線的電感效應(yīng)，防止可能產(chǎn)生的自激振蕩，當(dāng)與濾波電容接近時(shí)可以省略；Co為輸出電容，用于改善暫態(tài)響應(yīng)，使輸出

11、端瞬時(shí)增減負(fù)載時(shí)不會(huì)引起電壓的較大波動(dòng)。圖(b)為W7900系列產(chǎn)品組成的輸出負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路，它的工作原理與圖(a)相同。2可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路除了以上固定式三端集成穩(wěn)壓器外，還有可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器。它的三個(gè)端子分別為調(diào)整端、輸入端和輸出端，根據(jù)型號(hào)系列不同，有正電壓輸出（如W117，W217，W317）和負(fù)電壓輸出（如W137，W337）兩種。正電壓輸出和負(fù)電壓輸出的可調(diào)式穩(wěn)壓器的調(diào)整端與輸出端的內(nèi)部電壓分別恒等于1. 25V，它們的輸出電壓分別在+1.25+37V和-37 -1.25V之間連續(xù)可調(diào)，電路如圖4-20所示。 三、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路簡(jiǎn)介前面介紹

12、的包括三端集成穩(wěn)壓器在內(nèi)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，由于調(diào)整管始終處在放大狀態(tài)，器件的功耗大，效率低。上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路圖4-21為串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的基本構(gòu)成框圖。該電路除了普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中包含的調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓、比較放大器、采樣電路外，增加了開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器和儲(chǔ)能濾波電路。(1)開(kāi)關(guān)調(diào)整管 它一般為開(kāi)關(guān)特性較好的大功率三極管。導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。(2)開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器它是一種受電壓控制產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖波的脈沖振蕩器。控制電壓為比較放大器的輸出。(3)儲(chǔ)能濾波電路它一般由儲(chǔ)能元件電感L、電容C和二極管VD組成。開(kāi)關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)存磁能，電感中的電流逐漸增大，并對(duì)負(fù)載供電和向電容充電；截止時(shí)，電感產(chǎn)生上-頁(yè) 下-頁(yè) 返回第三節(jié) 穩(wěn)壓電路一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)使二極管導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的磁能逐漸釋放，維持對(duì)負(fù)載供電和對(duì)電容充電；當(dāng)磁能充分釋放對(duì)電容的充電電流較小時(shí)，電容開(kāi)始對(duì)負(fù)載放電，繼續(xù)維持對(duì)負(fù)載的供電；當(dāng)電容放電使兩端電壓明顯變小時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖又變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通。通過(guò)以上分析可知，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，雖然電流很大，但管壓降為很小數(shù)值